一種磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法，該方法包括如下步驟：①設(shè)計一種特定膜系，該膜系主要用于對磁控濺射鍍膜沉積速率的監(jiān)控；②在一定工藝條件下，利用磁控濺射沉積該特定膜系，通過鍍膜過程中監(jiān)控鍍膜沉積速率，或鍍膜完成后測試、計算該沉積速率；③采用與②相同工藝條件，將②中的沉積速率換算后采用時間或圈數(shù)監(jiān)控膜厚，實現(xiàn)最終膜系的制備。本發(fā)明的制作方法利用光學(xué)方法監(jiān)控沉積速率，時間、圈數(shù)或類似方法監(jiān)控膜層厚度，可擺脫光學(xué)監(jiān)控對光源波長、單層光譜變化值等限制。
【專利說明】一種磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁控濺射膜厚控制方法，適用于磁控濺射鍍制光學(xué)膜領(lǐng)域，特別適用于光學(xué)監(jiān)控受限的鍍膜領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鍍膜技術(shù)是最初起源于20世紀(jì)30年代，直到70年代后期才得到較大發(fā)展的一種技術(shù)。為了改變光學(xué)零件表面光學(xué)特性而鍍在光學(xué)零件表面上的一層或多層膜叫光學(xué)薄膜，為了滿足特定光學(xué)效果，通常需要在基片上真空鍍制幾十層乃至上百層一定厚度的光學(xué)薄膜，并且需要嚴(yán)格控制膜層的厚度。目前光學(xué)鍍膜方法主要為蒸發(fā)、磁控濺射、離子鍍等。其中磁控濺射技術(shù)的特點(diǎn)是沉積速率穩(wěn)定，鍍膜應(yīng)力小，可重復(fù)性好。
[0003]光學(xué)膜層厚度監(jiān)控方法分為質(zhì)量監(jiān)控法、光學(xué)監(jiān)控法、電學(xué)監(jiān)控法、其他監(jiān)控法幾大類。光學(xué)監(jiān)控法中常用的方法包括目視法、極值法、波長調(diào)制法、定值法等。目視法是通過人眼觀察薄膜干涉顏色的變化來控制介質(zhì)膜的厚度，此方法適合鍍制簡單膜層，不適合制備高精度膜層結(jié)構(gòu)。極值法是利用膜層沉積過程中反射率或透射率隨膜層厚度變化的規(guī)律，通過光電膜厚監(jiān)控儀檢測反射透射光譜出現(xiàn)的極值的方法。波長調(diào)制法是針對極值法的局限性而提出的一種解決方法，其原理是將監(jiān)控中的反射率或透射率對波長進(jìn)行微分從而使得對波長不靈敏的反射率或透射率極值點(diǎn)變?yōu)榫哂休^高的靈敏度，但薄膜折射率色散對該方法影響較大。定值法是通過比較實際位相是否達(dá)到理論位相來確定結(jié)束點(diǎn)位置。然后無論是極值法、定值法還是波長調(diào)制法都有其局限性:對于透過率(或反射率)變化不明顯的層數(shù)無法監(jiān)控，對于透過率(或發(fā)射率)太小的層數(shù)無法監(jiān)控，對于特定波長的限制等
坐寸ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種新的磁控濺射鍍制光學(xué)膜層的膜厚監(jiān)控方法。本發(fā)明采用光學(xué)方法校訂沉積速率，生產(chǎn)過程采用時間、圈數(shù)或類似方法監(jiān)控膜厚，擺脫了光學(xué)監(jiān)控對于波長、透過率(或反射率)的一些限制。
[0005]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
一種磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:
①設(shè)計一種預(yù)定膜系，該預(yù)定膜系主要用于對磁控濺射鍍膜沉積速率的監(jiān)控；
②開啟該磁控濺射設(shè)備，通過反復(fù)調(diào)試磁控濺射設(shè)備的工藝參數(shù)，利用磁控濺射沉積該預(yù)定膜系，并利用自帶的光學(xué)監(jiān)控模塊測定鍍膜過程中的沉積速率；或者在鍍膜完成后測試、計算鍍膜過程中的沉積速率，一種情況是直接測膜厚，或者一種情況是通過光學(xué)透過率計算膜厚，利用膜厚除以沉積時間或圈數(shù)即為計算出的沉積速率；
③采用與步驟②相同的工藝參數(shù)，將步驟②中的沉積速率換算成為易于直觀看出的包括時間和圈數(shù)在內(nèi)的參數(shù)；
④采用步驟③獲得的包括時間和圈數(shù)在內(nèi)的參數(shù)來進(jìn)行后續(xù)磁控濺射鍍膜中膜厚的監(jiān)控，實現(xiàn)最終膜系的制備。
[0006]在上述磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法中，所述步驟①中預(yù)定膜系可以是單層膜系，也可以是多層膜系。
[0007]在上述磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法中，更進(jìn)一步，當(dāng)該預(yù)定膜系為單層膜系時，沉積速率的校準(zhǔn)可以是鍍膜過程中采用光學(xué)監(jiān)控模塊監(jiān)控所得，也可以是鍍膜后測試包括透過率在內(nèi)的光學(xué)性能并進(jìn)行軟件擬合或測試厚度計算所得；當(dāng)該膜系為多層膜系時，沉積速率的校準(zhǔn)可以是鍍膜過程中采用光學(xué)監(jiān)控模塊監(jiān)控，也可以每鍍一層膜后，出爐測試膜層光學(xué)性能進(jìn)行軟件擬合或測試厚度計算所得。
[0008]在上述磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法中，所述步驟③中的工藝參數(shù)必須與步驟
②中工藝參數(shù)條件相同，該工藝參數(shù)包括有氣壓、氣體流量，溫度、功率、濺射方式和靶磁場。
[0009]在上述磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法中，所述步驟③中沉積速率換算成時間和圈數(shù)的方法是:
膜厚/沉積時間(圈數(shù))=沉積速率。
[0010]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的膜厚監(jiān)控方法較現(xiàn)有技術(shù)的方法具有如下技術(shù)優(yōu)
占-
^ \\\.1.本發(fā)明的膜 厚監(jiān)控方法實現(xiàn)的監(jiān)控精度高，可滿足一般分光膜、高反射膜、減反射膜、截止膜的制備精度要求。
[0011]2.本發(fā)明的膜厚監(jiān)控方法可以擺脫光學(xué)監(jiān)控對光源波長、單層光譜變化值等限制，應(yīng)用廣泛。
[0012]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種長波通膜系設(shè)計光譜效果圖。其在1550nm波段高透射，其他波段截止。
[0014]圖2是本發(fā)明一種長波通采用1550nm波長光監(jiān)控厚膜效果圖，其橫坐標(biāo)為物理厚度，縱坐標(biāo)為透過率。
[0015]圖3是本發(fā)明一種長波通采用1310nm波長光監(jiān)控厚膜效果圖，其橫坐標(biāo)為物理厚度，縱坐標(biāo)為透過率。
[0016]圖4是本發(fā)明一種長波通鍍膜后實際測試曲線圖。
[0017]圖5本發(fā)明一種藍(lán)色膜系設(shè)計采用600nm波長光監(jiān)控厚膜效果圖，其橫坐標(biāo)為物理厚度，縱坐標(biāo)為透過率。
【具體實施方式】
[0018]下面我們結(jié)合附圖和具體的實施例來對本發(fā)明的厚膜監(jiān)控方法做進(jìn)一步的詳細(xì)闡述，以求更為清楚明了地描述本發(fā)明的工藝和結(jié)果，但不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]實施例1:
在通信波段中人們往往使用1310nm、1490nm和1550nm的光，在終端往往需要對這些波段的光進(jìn)行分光，如將1550nm的光透射進(jìn)入探測系統(tǒng)，而1310nm、1490nm反射進(jìn)入其他系統(tǒng)，為此我們設(shè)計了一種膜系，采用兩種材料共97層，物理厚度為22微米，其光譜效果如圖1所示。
制備該膜系對于監(jiān)控精度有一定要求:如采用晶控，其精度不能滿足要求，而且其膜厚較厚，單個晶振片壽命也不能滿足監(jiān)控要求；采用光學(xué)監(jiān)控，也有其局限性。
[0020]采用1550nm波長光源監(jiān)控，膜系后面十幾層透過率在36%~100%，如圖2所示，滿足探測器要求。但若采用1310nm波長的光源監(jiān)控，膜系后面十幾層透過率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1%，如圖3所示，無法采用光學(xué)監(jiān)控。這樣，此膜系無法用1310nm的光源實現(xiàn)鍍膜。同樣的情況在光學(xué)鍍膜中很常見，膜系對于波長有一定要求。
[0021]首先設(shè)計一種預(yù)定膜系，這里預(yù)定膜系不做特殊規(guī)定，適合鍍膜機(jī)光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控即可，該膜系的目的在于對沉積速率的校準(zhǔn)，我們采用膜系2.5H/2H/2H/2L/2L/2L……
將此預(yù)定膜系輸入磁控濺射鍍膜設(shè)備并采用光學(xué)監(jiān)控模塊進(jìn)行鍍膜監(jiān)控，所述的光學(xué)監(jiān)控模塊為美國SciVac公司的monitor軟件。監(jiān)控波長可以是1310nm,也可以是任何其他波長，我們采用1310波長監(jiān)控。鍍膜完成后，計算在該工藝條件下鍍膜的沉積速率。
[0022]將上一步中的沉積速率換算成理想膜系每一層鍍膜所需時間或圈數(shù)，將其輸入計算機(jī)并采用上述相同的工藝條件鍍膜，最終產(chǎn)品光譜曲線見圖4所示。
[0023]這樣采用任意波段的光源對沉積速率進(jìn)行校準(zhǔn)，就可以制備該膜系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。同樣的方式還可以運(yùn)用到任意波段的反射膜、其他波段的截止膜等產(chǎn)品中去，特別是某些不能用光學(xué)系統(tǒng)監(jiān)控的膜系，該方法的優(yōu)勢尤其明顯。[0024]實施例2:
在手機(jī)平板領(lǐng)域，有一些顏色膜是通過光學(xué)鍍膜實現(xiàn)的。實驗設(shè)計一種藍(lán)色膜系
0.7373H/0.3268L/0.8188H/0.7618L。若采用光學(xué)600nm波長監(jiān)控，如圖5所示，其第二層光譜變化值較小，監(jiān)控誤差會很大，因此不適合光控。
[0025]為實現(xiàn)該膜系的磁控濺射鍍膜制備，首先我們設(shè)計一個預(yù)定膜系-200圈H/200圈L (這里圈數(shù)為任意值，能夠滿足后續(xù)測試即可)。在玻璃基底上先鍍制200圈H后，通過分光光度計測試其光譜值并利用光學(xué)軟件擬合H材料的厚度；在此基礎(chǔ)上，我們再鍍制200圈L在該膜層上并通過測試擬合得L材料的厚度。這里光學(xué)軟件為Macleod或TFC軟件都可以。將擬合得到的厚度除以200圈即得膜層沉積速率。
[0026]最后，將上一步中的沉積速率換算成理想膜系每一層鍍膜所需時間、圈數(shù)或類似參數(shù)，輸入計算機(jī)并采用上述相同的工藝條件鍍膜。
[0027]本發(fā)明采用光學(xué)方法校訂沉積速率，生產(chǎn)過程采用時間、圈數(shù)或類似方法來監(jiān)控膜厚，從而擺脫了光學(xué)監(jiān)控對于波長、透過率(或反射率)的一些限制。
【權(quán)利要求】
1.一種磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: ①設(shè)計一種預(yù)定膜系，該預(yù)定膜系主要用于對磁控濺射鍍膜沉積速率的監(jiān)控； ②開啟該磁控濺射設(shè)備，通過反復(fù)調(diào)試磁控濺射設(shè)備的工藝參數(shù)，利用磁控濺射沉積該預(yù)定膜系，并利用自帶的光學(xué)監(jiān)控模塊測定鍍膜過程中的沉積速率；或者在鍍膜完成后測試、計算鍍膜過程中的沉積速率，一種情況是直接測膜厚，或者一種情況是通過光學(xué)透過率計算膜厚，利用膜厚除以沉積時間或圈數(shù)即為計算出的沉積速率； ③采用與步驟②相同的工藝參數(shù)，將步驟②中的沉積速率換算成為易于直觀看出的包括時間和圈數(shù)在內(nèi)的參數(shù)； ④采用步驟③獲得的包括時間和圈數(shù)在內(nèi)的參數(shù)來進(jìn)行后續(xù)磁控濺射鍍膜中膜厚的監(jiān)控，實現(xiàn)最終膜系的制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟①中預(yù)定膜系可以是單層膜系，也可以是多層膜系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法，其特征在于，當(dāng)該預(yù)定膜系為單層膜系時，沉積速率的校準(zhǔn)可以是鍍膜過程中采用光學(xué)監(jiān)控模塊監(jiān)控，也可以是鍍膜后測試包括透過率在內(nèi)的光學(xué)性能并進(jìn)行軟件擬合或測試厚度計算所得；當(dāng)該膜系為多層膜系時，沉積速率的校準(zhǔn)可以是鍍膜過程中采用光學(xué)監(jiān)控模塊監(jiān)控所得，也可以每鍍一層膜后，出爐測試膜層光學(xué)性能進(jìn)行軟件擬合或測試厚度計算所得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟③中的工藝參數(shù)必須與步驟②中工藝參數(shù)條件相同，該工藝參數(shù)包括有氣壓、氣體流量，溫度、功率、濺射方式和靶磁場。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁控濺射鍍光學(xué)膜膜厚監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟③中沉積速率換算成時間和圈數(shù)的方法是: 膜厚/沉積時間(圈數(shù))=沉積速率。
【文檔編號】G02B1/10GK103673905SQ201310749608
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】程春生, 張欽廉, 曹嘉寰, 符東浩 申請人:合波光電通信科技有限公司